基于MMC的直流输电系统控制策略研究

发布时间：2017-05-25 16:13

  本文关键词：基于MMC的直流输电系统控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔性高压直流输电(Flexible High Voltage Direct Current, HVDC-Flexible)技术经过十几年的发展,特别是近几年实际工程应用不断增加,积累了大量运行经验,其技术与工程上的可行性和优越性体现得非常明显。目前,柔性直流输电项目多采用两电平、三电平电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC).为提高电压等级,换流阀由大量功率器件串联构成,技术复杂,同时控制中需要解决静态和动态均压问题,换流器输出电压谐波大,需要配置大容量的滤波装置。 模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)采用模块化设计,避免了开关器件的直接串联；输出电压波形接近正弦波,无需变压器与大容量滤波装置；器件的平均开关频率很低,损耗明显减小,使柔性直流输电可以在更高功率范围应内应用。至2011年底,已有两项实际工程投入运行。可以预见,MMC-HVDC将会得到快速发展,改变前期柔性直流领域被ABB一家独占的市场格局。因此,对MMC-HVDC的研究有重要的实际应用价值。本课题针对MMC在柔性直流输电中的控制做了系统研究,主要研究内容如下： MMC的桥臂由大量子模块串联而成,确保子模块悬浮电容电压稳定是MMC正常工作的关键。本文在分析MMC工作原理的基础上,研究了电容电压的波动规律,给出了电容电压的平衡控制方法。该方法实时监测电容电压,根据电压值对子模块进行排序。桥臂电流为正时,投入电压低的模块,为电容充电；桥臂电流为负时,投入电压高的模块,为电容放电。以此确保能量在子模块间平均分布,电容电压保持在正常波动范围内,为系统正常运行提供基础。 在交流系统对称的条件下,建立单端换流站的数学模型。基于此,本文通过电路分析,得到MMC的等效电路,该结构与传统VSC交流侧的电气特性相同,因此可以将传统VSC控制中的双闭环直接电流控制策略应用于MMC的控制,从而简化了换流站控制器的设计。 实际运行中,电网电压可能出现不平衡故障,为保证系统安全运行,对控制策略进行了改进。本文从瞬时对称分量理论出发,建立了MMC的正负序数学模型,设计了双序电流控制器。为保正系统顺利启动,文中给出了完整的启动步骤。 在MATLAB中搭建了11电平的双端MMC-HVDC模型,通过仿真,证实电容的均压控制方法、系统启动方法、直接电流控制策略、针对电网不平衡设计的双序电流控制器是有效的,能够达到预期控制效果。同时仿真中优化了电容平衡算法,大大降低了开关频率。最后设计了MMC-HVDC实验平台,包括由主控板、信号处理分配板等组成的控制板件及模拟MMC主电路的物理模型,给出了部分原理图。
【关键词】：柔性直流输电 模块化多电平换流器 电压平衡控制 直接电流控制策略 电网不平衡
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM721.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 直流输电技术介绍8-9
• 1.1.1 直流输电技术的发展8-9
• 1.1.2 柔性直流输电的优势9
• 1.2 模块化多电平换流器介绍9-11
• 1.2.1 MMC的研究现状9-10
• 1.2.2 MMC在直流输电中的应用10-11
• 1.3 课题的研究意义11-12
• 1.4 论文的主要内容12-13
• 2 模块化多电平换流器13-24
• 2.1 MMC的工作原理与数学模型13-16
• 2.1.1 MMC的工作原理13-15
• 2.1.2 MMC的数学模型15-16
• 2.2 MMC的瞬时功率分析16-17
• 2.3 MMC直流电压的控制17-23
• 2.3.1 MMC电容参数的计算18
• 2.3.2 MMC的电容稳压控制策略18-23
• 2.4 小结23-24
• 3 MMC-HVDC的控制策略24-41
• 3.1 MMC-HVDC的基本控制方式24
• 3.2 MMC-HVDC换流站的控制策略24-31
• 3.2.1 电流环控制器的设计26-28
• 3.2.2 外环控制器的设计28-30
• 3.2.3 系统启动时换流站的控制方法30-31
• 3.3 MMC-HVDC在电网不平衡时的控制策略31-39
• 3.3.1 三相不对称电量的对称分量32-33
• 3.3.2 电网不平衡下锁相环的设计33-37
• 3.3.3 双序电流控制器的设计37-39
• 3.4 小结39-41
• 4 MMC-HVDC系统控制策略仿真41-59
• 4.1 直接电流控制策略的仿真41-52
• 4.1.1 电流开环稳态仿真41-47
• 4.1.2 电流闭环仿真47-49
• 4.1.3 功率(电压)与电流双闭环仿真49-52
• 4.2 MMC-HVDC的启动过程仿真52-56
• 4.3 电网不平衡时控制策略仿真56-58
• 4.4 小结58-59
• 5 控制系统与物理模型设计59-68
• 5.1 控制系统设计59-64
• 5.1.1 主控板59-63
• 5.1.2 信号处理分配板63-64
• 5.2 物理模型设计64-68
• 5.2.1 物理模型的意义64
• 5.2.2 功能描述与电路设计64-68
• 6 结论与展望68-69
• 6.1 本文工作总结68
• 6.2 后续工作68-69
• 参考文献69-72
• 在学研究成果72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 屠卿瑞;徐政;郑翔;张静;;一种优化的模块化多电平换流器电压均衡控制方法[J];电工技术学报;2011年05期

2 刘钟淇;宋强;刘文华;;新型模块化多电平变流器的控制策略研究[J];电力电子技术;2009年10期

3 刘钟淇;宋强;刘文华;;采用MMC变流器的VSC-HVDC系统故障态研究[J];电力电子技术;2010年09期

4 管敏渊;徐政;屠卿瑞;潘伟勇;;模块化多电平换流器型直流输电的调制策略[J];电力系统自动化;2010年02期

5 刘钟淇;宋强;刘文华;;基于模块化多电平变流器的轻型直流输电系统[J];电力系统自动化;2010年02期

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7 管敏渊;徐政;;模块化多电平换流器型直流输电的建模与控制[J];电力系统自动化;2010年19期

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9 屠卿瑞;徐政;郑翔;管敏渊;;模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J];高电压技术;2010年02期

10 皇甫成;贺之渊;汤广福;阮江军;王燕;;交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略[J];中国电机工程学报;2008年22期

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1 陈海荣;交流系统故障时VSC-HVDC系统的控制与保护策略研究[D];浙江大学;2007年

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本文编号：394272